Мета роботи – ознайомлення студентів з методами добування, властивостями суспензій, емульсій, аерозолів; методами визначення молекулярної маси ВМС; гелями.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Колоїдна хімія – це наука про властивості гетерогенних високодисперсних систем та процеси, які в них проходять.

Усяка колоїдна система є дисперсією одного тіла (дисперсна фаза) в іншій (дисперсійна середа).

Мікрогетерогенні системи з твердою дисперсною фазою та рідинною дисперсною середою у колоїдній хімії називають суспензіями, або взвісями, а предільно- високодисперсні – колоїдними розчинами, або золями, частіше ліозолями, щоб підкреслити, що дисперсною середою є рідина. Якщо дисперсною середою є вода, то такі золі мають назву гідрозолі, а якщо органічна рідина – органозолі.

Тумани є аерозолі з рідинною дисперсною фазою (Г-Р), а пил та дим – це аерозолі з твердою дисперсною фазою (Г-Т), пил утворюється при диспергіруванні речовин, а дим – при конденсації летких речовин.

Піни – це дисперсія газів у рідинах (Р-Г), при цьому у пінах рідина вироджується до тонких плівок, які поділяють окремі бульбашки газів. Емульсіями називають дисперсні системи, в яких одна рідина розчинена в іншій, нерозчинній її рідині (Р-Р).

Дисперсні системи можуть бути вільнодисперсними та зв’язнодисперсними в залежності від відсутності чи наявності взаємодії між частинками дисперсної фази. До вільнодисперсних систем відносяться аерозолі, ліозолі, розчинені суспензії та емульсії. Вони текучі. У цих системах частинки дисперсної фази не мають контактів, беруть участь у хаотичному тепловому руху, вільно переходять під дією сили ваги. Зв’язнодисперсні системи – твердообразні, вони утворюються при контакті частинок дисперсної фази, який призводить до утворення структури у вигляді каркасу або сітки. Така структура відокремлює текучість дисперсної системи та надає їй здатність зберігати форму. Подібні структурірованні колоїдні системи називають гелями. Перехід золів до гелів, який проходить у результаті зниження стійкості золів, називають гелеутворенням (або желетаніруванням).

До високомолекулярних сполук (ВМС) відносяться речовини, які складаються з великих молекул (макромолекул) з молекулярними масами не менше 10000-15000. Розмір макромолекул більший за розмір звичайних молекул. Наприклад, якщо довжина молекули етану дорівнює усього декілька ангстремам, тоді довжина лінійної молекули каучуку та целюлози дорівнює 4000-8000А. Моделлю подібних молекул могуть служити нитки довжиною від 800 до 1600мм та діаметром 1мм.

ВМС внаслідок їх великої молекулярної ваги нелетучі та не здатні переганятися. По тій же причині високомолекулярні сполуки чутки до впливу різноманітних зовнішніх факторів. Макромолекули легко розпадаються під дією самих незначних кількостях кисню та інших деструктируючих агентів. Властивості ВМС залежать не тільки від розміру, але й від форми молекули.

Методи визначення молекулярної маси високомолекулярних сполук.

Від молекулярної маси ВМС залежать такі властивості, як міцність та еластичність, здатність до набухання та розчинення.

Звичайні методи визначення молекулярної маси органічних сполук мало придатний до визначення молекулярної маси ВМС. Тому розроблено нові методи визначення молекулярної маси цих речовин, багато з яких близькі до методів визначення чисельної маси.

Усі методи визначення молекулярної маси високомолекулярних сполук можуть бути поділені на чотири групи.

1. Хімічні методи. Якщо в молекулі ВМС є відома кількість реакційноздатних груп (наприклад, груп, розташованих на кінці молекули), тоді кількісне визначення цих груп може бути методом визначення молекулярної маси. Ці методи, у зв’язку з рядом дослідних суперечок, мало застосовуються на практиці.

2. Термодинамічні методи визначення молекулярної маси засновані на термодинамічних закономірностях, які характерні для розведених розчинів, та зводяться до певної мольної долі речовини у розчині відомої концентрації. Молекулярна маса у цьому випадку визначається за осмотичним тиском, за зниженням температури замерзання розчинів (кріоскопічний метод) та за збільшенням температури кипіння розчинів полімерів (ебуліоскопічний метод).

3. Молекулярно – кінетичний метод засновано на переміщенні макромолекул відповідно розчинника та зводиться, у кінцевому випадку, до визначення відповідної сили тертя. До цієї групи методів відносяться визначення молекулярної маси за швидкістю дифузії, за допомогою ультрацентрифуги та за в’язкістю розчинів.

4. Оптичний метод, який отримав в останній час широке розповсюдження, засновано на вимірюванні інтенсивності розсіяного світла розчинами високомолекулярних сполук.

Середня молекулярна маса

Оскільки високомолекулярна сполука завжди є сумішшю полімергомолів, тобто молекул з різною молекулярною масою, то говорити треба тільки про її середню молекулярну масу. Але середнє значення залежить від того, який дослідний метод було застосовано для його визначення.

Звичайно молекулярну масу полімерів виражають через числові та масові середні значення та . Середнє чисельне значення молекулярної маси визначають за рівнянням:

(1) де n_i - кількість молекул, які мають молекулярну масу М_і. Середньо кількісну молекулярну масу знаходять за допомогою усіх методів, які дозволяють визначити кількість молекул у дослідному розчині ВМС. Сюди відносяться осмотичний, кріоскопічний та ебуліоскопічний методи.

Середнє масове значення молекулярної маси знаходять за рівнянням:

(2) де G_і – маса фракції з молекулярною масою М_і. Середнє масове значення молекулярної маси визначають за допомогою методів, які дозволяють визначити середній розмір молекули у розчині. До таких методів відносяться, наприклад, визначення молекулярної маси за швидкістю дифузії, седиментації в ультрацентрифузі, а також за світлорозсіюванням.

Звідси, для монодисперсного продукту = . Для полідисперсної речовини < , оскільки збільшується з збільшенням полідисперсності. Очевидно, що чім сильніше розрізняються молекулярні маси фракцій ВМС, тим більше повинно бути відношення / . Величина / , яка характеризує полідисперсність ВМС, має назву показник, або коефіцієнт полідиперсності.

При малому вмісті в високомолекулярній сполуці низькомолекулярної фракції значення та незначно відрізняються одне від іншого, та відношення / наближується до одиниці. При великому вмісті низькомолекулярної фракції розбіжність між значеннями та різко збільшується та відношення / стає великим. Нижче наводяться розрахунки значень та для суміші, яка складається з молекул з молекулярною масою 100000 та 1000:

Вміст фракції з молекулярною масою

100000, %.............................................................................99 50

Вміст фракції з молекулярною масою

1000, %..................................................................................1 50

..................................................................................99000 50500

......................................................................................50000 1980

/ .............................................................................1,98 25,50

ЕКСПЕРІМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Мета роботи – ознайомлення студентів з методами отримання емульсій та золів.

Прилади та реактиви: штатив з набором пробірок, скляні стакани. Розчини: 1%-ний та 5%-ний розчин мила, 5%-ний карбонату натрію, бензол, крохмаль, йод, йодид калію, нітрат срібла. Дистильована вода. Ступка.

Дослід 1. емульсія масла.

а) внесіть у пробірку1мл дистильованої води, додайте 6-8 крапель олії, зачиніть пробкою та сильно стряхніть. Спостерігайте утворення нестійкої емульсії. Після цього внесіть у пробірку 6-8 крапель 1%-ного розчину мила та сильно стряхніть її. Що спостерігаємо?

б) наповніть на 2/3 циліндричну пробірку 5% - ним розчином карбонату натрію та додайте одну краплю олії. Стряхніть. Роздивиться отриману емульсію скрізь світло.

Дослід 2. емульсія бензолу.

До 5 крапель 5%-ного розчину мила у дистильованій воді додайте 5 крапель бензолу та сильно збовтайте, потім додайте 10 крапель бензолу та ще декілька разів по 10 крапель, потім по 20 крапель, при цьому кожний раз сильно збовтайте. Роздивиться отриману емульсію.